Главная » 2014 » Июль » 27 » Скачать Электрофизические свойства структур кремний-на-изоляторе, изготовленных методом сращивания и водородного расслоения. Николаев, бесплатно
11:33 PM
Скачать Электрофизические свойства структур кремний-на-изоляторе, изготовленных методом сращивания и водородного расслоения. Николаев, бесплатно
Электрофизические свойства структур кремний-на-изоляторе, изготовленных методом сращивания и водородного расслоения
Диссертация
Автор: Николаев, Данил Валериевич
Название: Электрофизические свойства структур кремний-на-изоляторе, изготовленных методом сращивания и водородного расслоения
Справка: Николаев, Данил Валериевич. Электрофизические свойства структур кремний-на-изоляторе, изготовленных методом сращивания и водородного расслоения : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.10 / Николаев Данил Валериевич; [Место защиты: Ин-т физики полупроводников СО РАН] - Новосибирск, 2010 - Количество страниц: 130 с. ил. Новосибирск, 2010 130 c. :
Объем: 130 стр.
Информация: Новосибирск, 2010
Содержание:
Система сокращений и условных обозначений
Введение
Глава 1 Структуры кремний-на-изоляторе (КНИ) и граница Si-Si обзор литературы)
11 Методы получения структур кремний-на-изоляторе 9 111 Свойства структур кремний-на-изоляторе, полученных имплантацией кислорода (SIMOX) 11 112 Структуры кремний-на-изоляторе, полученные сращиванием пластин кремния
113 Структуры кремний-на-изоляторе КНИ ИФГ
12 Граница кремний-оксид кремния, полученная термическим окислением (структуры металл-диэлектрик-полупроводник)
121 Электронные состояния на границе Si-SiC>
122 Общая классификация локализованных электронных состояний
123 Строение и состав переходного слоя границы раздела Si-SiC>2
124 Точечные дефекты в переходном слое
13 Влияние электрического поля и радиации на структуры металл-диэлектрик-полупроводник и кремний-на-изоляторе
17 Выводы и постановка задачи
Глава 2 Методика эксперимента п обработка результатов
21 Вольт-фарадные характеристики структур кремний-на-изоляторе и определение их параметров
211 Емкость МОП-структуры
212 Определение параметров МДГ1 структур
22 Вольт-фарадные характеристики структур полупроводник-диэлектрик-полупроводник
23 Особенности определения параметров структур КНИ при емкостных измерениях
24 Измерение параметров центров с глубокими уровнями и состояний на границе Si-Si02 в структурах КНИ
241 Метод емкостной спектроскопии глубоких уровней
242 Зарядовая спектроскопия глубоких уровней
243 Методика определения спектра состояний на границе Si-Si02 структур КНИ 52'
25 Приготовление образцов, режимы облучения и термообработок
Глава 3 Электрофизические свойства отсеченного слоя кремния и границ раздела в структурах кремний-на-изоляторе
31 Центры с глубокими уровнями в отсеченном слое кремния структур КНИ
32 Энергетический спектр состояний на границах Si-SiC>2 структур КНИ
33 Определяющая роль водорода, присутствующего в процессе изготовления структур КНИ, па их параметры
34 HF-дефекты в отсеченном слое кремния структур КНИ и метод их устранения
35 Пассивация центров с глубокими уровнями и состояний на границах раздела структур КНИ при отжиге в водороде
36 Неоднородное распределение и природа состояний на границе сращивания
37 Суммарные электрофизические свойства отсеченного слоя кремния и границы раздела Si-Si02 структур КНИ
38 Выводы к главе
Глава 4 Ловушки в скрытом окисле и влияние радиации на структуры КНИ
41 Ловушки в скрытом диэлектрике структур КНИ (эффект поля)
42 Воздействие радиации на структуры КНИ
43 Оптимизация заряда в скрытом окисле структуры КНИ
44 Параметры скрытого диэлектрика структур КНИ 113 44 Выводы к главе 4 115 Основные результаты и выводы 116 Научная новизна работы 117 Практическая значимость работы 118 Положения, выносимые на защиту 118 Публикации по теме работы 119 Заключение 120 Список литературы
Система сокращений и условных обозначений в хронологическом порядке)
КНИ - кремний-на-изоляторе ИС - интегральная схема
SIMOX - Silicon IMplanted by Oxygen, технология получения структур КНИ путем имплантации кислорода в кремний и последующего высокотемпературного отжига Smart Cut - технология изготовления структур КНИ, использующая водородный перенос ZMR (Zone Melting Recrystallization) - технология изготовления структур КНИ, использующая процесс рекристаллизации осажденных на окисленные кремниевые пластины поликремниевых пленок с помощью лазера или галогенной лампы
FIPOS (Full Isolation by Porous Oxidized Silicon) технология изготовления структур КНИ, включающая в себя окисление слоя пористого кремния, превращающее его в стандартный термический окисел
ЕРО - Epitaxial Lateral Overgrowth - технология изготовления структур КНИ , связанная с эпитаксиальным выращиванием кремния из зерновых окон, которые открываются на окисленной кремниевой подложке
BESOI (Bonded and Backside Etched SOI) - прямое сращивание (bonding) окисленных пластин кремния с последующим почти полным удалением одной из них шлифовкой и травлением
ELTRAN (Epitaxial Layer TRANsfer by bonding and etch back of porous silicon) - сращивание окисленных пластин кремния, на одной из которых присутствует эпитаксиальный слой, выращенный на пористом кремнии; для утончения пластины КНИ (удаление слоя пористого кремния) используются полировка и химическое травление ITOX — процесс дополнительного термического окисления структур КНИ SIMOX, проводимый для улучшения параметров скрытого слоя диэлектрика Е'-центр —кислородная вакансия в матрице Si02 SIMS - Secondary Ion Mass Spectroscopy ВИМС - Вторичная ионная масс-спектроскопия ЭПР - Электронный парамагнитный резонанс
DLTS - Deep Level Transient Spectroscopy - релаксационная спектроскопия глубоких уровней
Qf - фиксированный заряд в окисле Ои - заряд, захваченный поверхностными ловушками ВФХ (CV) - вольт-фарадная характеристика ОГО - область пространственного заряда
МДП-структура - структура металл-диэлектрик-полупроводник МОП-структура - структура металл-оксид-полупроводник Е - энергия имплантации примеси, кэВ D - доза имплантации примеси, см" n*-Si - n-тип проводимости слоя кремния, полученный в результате введения доноров в материал р-типа во время изготовления структуры КНИ Vg постоянное напряжение смещения
Vg переменное напряжение, прикладываемое к структуре КНИ Сох - емкость окисла е, - диэлектрическая проницаемость изолятора es - диэлектрическая проницаемость полупроводника dox - толщина окисла
Ld — дебаевская длина
W— толщина обедненного слоя y/s - поверхностный потенциал
VfB - напряжение плоских зон
Cfb - емкость плоских зон
Na —концентрация ионизированных акцепторов q - заряд электрона Т - температура, К
GV - измерение комплексной составляющей проводимости ГУ - глубокий уровень
Q-DLTS - метод зарядовой спектроскопии глубоких уровней Qit — заряд на поверхностных состояниях, см"2 Qot— заряд, захваченный в окисле Qm- заряд подвижных ионов
Д,- энергетическая плотность заряда на поверхностных состояниях, см 2эЕГ' Cs - эквивалентная емкость эквивалентное сопротивление Со - емкость обедненного слоя полупроводника N - концентрация глубоких уровней Ее - нижний край зоны проводимости Еу - верхний край валентной зона
WihW2- толщины слоя объемного заряда до точки пересечения ГУ с уровнем Ферми для обратного смещения Uq и для U во время заполняющего импульса
Uо - обратное смещение
U - напряжение заполняющего импульса
А: - постоянная Больцмана
Nc - плотность состояний в зоне проводимости
В АХ — вольт-амперная характеристика
Cmin - минимальная емкость
W12- контактная разность потенциалов между отсеченным слоем кремния и подложкой
Qs - заряд в полупроводнике dmax - максимальная толщина ОПЗ
Cz-Si — кремний, выращенный методом Чохральского
FZ-Si - кремний, выращенный методом зонной плавки
Nlt - плотность состояний на границе Si-SiCb
Рь-цептр - трехкоординированный атом кремния с несвязанной электронной орбиталью
Qsub - заряд, приведенный к границе раздела окисел-подложка
Qfiim — заряд, приведенный к границе отсеченный слой кремния-окисел
X - центроид заряда в окисле
Е - напряженность поля
Qacc накопленный заряд в окисле tmj - время инжекции носителей заряда
QWJ заряд в окисле после инжекции
Qo - исходный заряд в окисле
Q - суммарный фиксированный заряд в окисле фк - контактный потенциал
Введение:
Структуры «кремний-на-изоляторе» (КНИ) заняли прочное место в мире микроэлектроники. Традиционная кремниевая микроэлектроника приближается к пределу миниатюризации, а новые технологии требуют еще большей плотности упаковки элементов, более высокого быстродействия и т.д. Структуры КНИ позволяют решить ряд проблем, связанных с уменьшением топологических размеров и одновременным сохранением технологий кремниевой микроэлектроники, главным отличием которых в случае КНИ является изготовление приборов не в объемном кремнии, а в тонком слое хмонокристаллического кремния. Это продиктовано, в первую очередь, такими преимуществами этих структур, как возможность существенного снижения паразитных емкостей, обеспечение надежной диэлектрической изоляции приборов в интегральных схемах (ИС), сравнительная простота управления токовыми режимами, возможность снижения рабочих напряжений и мощностей [1-5]. Первоначально использование кремния на диэлектрике было ориентировано на изготовление приборов, способных работать в экстремальных условиях (высокая температура и воздействие ионизирующего излучения), и обеспечивающих разработку электронной аппаратуры для аэрокосмической, атомной и оборонной промышленности. Однако наибольший интерес в последнее время вызывают перспективы применения этих структур для изготовления низковольтных и высокочастотных ИС с малой потребляемой мощностью, широко используемых в портативной электронной аппаратуре (мобильные телефоны, карманные компьютеры и т.п.). Для создания таких ИС необходимы структуры, в которых как тонкий рабочий слой монокристаллического кремния, так и диэлектрический слой были бы практически бездефектны и не напряжены, имели одинаковую толщину по всей площади структуры, а граница раздела между ними обладала низкой плотностью поверхностных состояний [1].
Из многообразия способов изготовления таких структур в промышленных масштабах используются всего два - SIM OX (Silicon IMplanted by OXygen) [3] и Smart Cut [4]. В обоих способах основным процессом при изготовлении является имплантация, в первом случае ионов кислорода, во втором — водорода. В первом случае имплантация используется для создания скрытого окисла, во втором — для отщепления тонкого слоя монокристаллического кремния после переноса на термический окисел. Как известно, имплантация вводит множество дефектов, часть которых можно устранить при помощи термообработок. Эти дефекты оказывают существенное влияние на электрофизические свойства кремния и его окисла, особенно на границах раздела. Процесс сращивания окисленных пластин кремния также вносит определенные изменения в свойства полученных структур, на которые также следует обра7 тить внимание при изготовлении приборных структур. Таким образом, в итоге мы получаем структуры, свойства которых не в полной мере изучены. Исторически сложилось так, что структурам SIMOX посвящено огромное множество работ, в которых обсуждались практически все аспекты его получения и использования. В то же время количество работ по структурам КНИ, полученным методом прямого сращивания, растет не так быстро, и многие вопросы остаются открытыми.
В Институте физики полупроводников Сибирского Отделения Российской Академии Наук им. А.В. Ржанова разработан еще один способ изготовления структур КНИ, использующий процесс имплантации водорода [6]. Отличие данного способа получения структур КНИ от технологии Smart Cut заключается в том, что имплантация водорода производится через защитный слой окисла, который после этого убирается, а будущий скрытый диэлектрик (buried oxide) выращивается на подложке, и границей сращивания является граница отсеченный слой кремния/окисел. В технологии Smart Cut облученный окисел используется как будущий скрытый диэлектрик. В итоге получена новая структура КНИ, которая обладает рядом преимуществ по сравнению с оригинальной технологией - Smart Cut.
Исследованию электрических свойств данной структуры КНИ и посвящена настоящая работа.
